第7章现代微电子封装技术介绍课件

第7章现代微电子封装技术7.1概

述7.2微电子封装的作用7.3现代微电子封装技术的分类7.4插装元器件封装技术7.5表面组装元器件封装技术7.6球栅阵列封装技术（BGA）7.7芯片尺寸封装技术（CSP）7.8其它现代微电子封装技术7.9

微电子封装技术的现状第7章现代微电子封装技术7.1概述7.1现代微电子封装技术概述7.1.1现代微电子封装基本概念

在现代微电子器件制作过程中，有前道工序和后道工序之分，二者以硅圆片切分成芯片为界，在此之前为前道工序，之后为后道工序。

电子封装（packaging）通常是在后道工序中完成的，其定义为：利用膜技术和微连接技术，将微电子器件及其它构成要素在框架或基板上布置、固定及连接、引出接线端子，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。7.1现代微电子封装技术概述7.1.1现代微电子封装基本1958年发明的第一块集成电路，含有2个晶体管和1个电阻，掀开了微电子封装的历史篇章。1958年发明的第一块集成电路，含有2个晶体管和1个电阻，掀7.1.2现代微电子封装技术的发展历程近50年来，封装技术日新月异，先后经历了4次重大发展：20世纪70年代，为适应中、大规模集成电路的迅速发展，发展了双列直插式引线封装技术(DIP)；20世纪80年代，随着SMC/SMD的批量生产，发展了表面组装技术(SMT)；20世纪90年代，随着超大规模集成电路的发展，发展了球栅阵列为代表的封装技术(BGA)；

进入21世纪，随着多芯片组件(MCM)的开发应用，产生了以系统封装(SIP)为代表的最新一代封装形式，把半导体封装技术引人一个全新的时代。7.1.2现代微电子封装技术的发展历程近50年来，微电子封装技术的发展趋势微电子封装技术的发展趋势表7-l半导体微电子封装技术的进展七十年代八十年代九十年代2000年2005年芯片连接WB(丝焊)WBWBFC(倒装焊)FC装配方式DIPSMTBGA-SMTBGA-SMTBGA-SMT无源元件C-分立C-分立C-分立C-分立组合集成基板有机有机有机DCA基板SLIM封装层次333ll元件类型数5-105-105-105-101硅效率％(芯片占基板)面积比271025>75表7-l半导体微电子封装技术的进展七十年代八十年代九十7.2现代微电子封装的作用7.2.1微电子封装技术的重要性

封装的IC有诸多好处，如可对脆弱敏感的IC芯片加以保护，易于进行测试，易于传送，易于返工及返修，引脚便于实行标准化进而适于装配，还可改善IC的热失配，等。

随着整机和系统的小型化、高性能、高密度和高可靠性要求，电子封装对系统的影响已变得和芯片一样重要。封装成本在器件总成本中所占的比重也越来越高，并有继续发展的趋势。7.2现代微电子封装的作用7.2.1微电子封装技术的重要性7.2.2封装的功能

微电子封装通常有5种功能：电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和保护作用。（1）电源分配

电子封装首先要能接通电源，使芯片与电路流通电流。其次，电子封装的不同部位所需的电源有所不同，要能将不同部位的电源分配恰当以减少电源的不必要损耗，这在多层布线基板上更为重要。同时还要考虑接地线分配问题。7.2.2封装的功能（2）信号分配为使电信号延迟尽可能减小，在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出的路径达到最短，对于高频信号还应考虑信号间的串扰以进行合理的信号分配布线。（3）散热通道各种电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何将聚集的热量散出问题。不同的封装结构和材料具有不同的散热效果，对于功耗大的电子封装还应考虑附加热沉或使用强制风冷、水冷方式，以达到在使用温度要求的范围内系统能正常工作。（2）信号分配(4)机械支撑电子封装可为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，还能在各种工作环境和条件变化时与之相匹配。(5)保护作用半导体芯片制造出来，在没有将其封装之前，始终都处于周围环境的威胁之中。在使用中，有的环境条件极为恶劣，更需要对芯片严加保护。完成电子封装以后，提供了对芯片的保护，这对芯片来说显得尤为重要。(4)机械支撑7.3现代微电子封装技术的分类7.3.1封装分级7.3现代微电子封装技术的分类7.3.1封装分级7.3.2封装分类

按安装到PCB上的方式分为通孔插装和表面组装两大类型7.3.2封装分类7.4插装元器件的封装技术7.4.1概述

插装元器件按外形结构分类，有圆柱形外壳封装(TO)、矩形单列直插式引线封装(SIP)、双列直插式引线封装(DIP)和阵列网格引脚封装(PGA)等。这些封装的外形不断缩小，又形成各种小外形封装。插装元器件按材料分类，有金属封装、陶瓷封装和塑料封装等。各类插装元器件封装的引脚中心距多为2.54mm，DIP已形成4～64个引脚的系列化产品。PGA能适应LSI芯片封装的要求，I/O数列达数百个。7.4插装元器件的封装技术7.4.1概述7.4.2SIP和DIP的封装技术

单列直插式封装（SIP），其引脚数为2～23个，引脚从一个侧面引出，排列成一条直线。其中锯齿型单列直插式封装(ZIP)的管脚排列成锯齿型，可提高管脚密度。双列直插式封装（DIP），其引脚数一般不超过100个，引脚从一个侧面引出，并排列成两条直线。

SIP、DIP引脚需要插入PCB的通孔内进行钎焊，其钎焊方法见第3章。当装配到PCB上时呈侧立状，故其所占的空间相对较大。7.4.2SIP和DIP的封装技术DIP封装的8086处理器DIP封装的主板BIOS芯片DIP封装的8086处理器DIP封装的主板BIOS芯片7.4.3PGA的封装技术阵列网格引脚封装（PGA），在其底面的垂直引脚呈阵列状排列，既可采用通孔插装，也可采用表面贴装。通孔插装型PGA引脚长3～4mm，表面贴装型PGA引脚长1.5～2mm。PGA基板多数是陶瓷，少数为环氧树脂或塑料基板。通常，引脚中心距为2.54mm，引脚数64～447。还有一种引脚中心距为1.27mm的短引脚表面贴装型PGA，采用碰焊方法进行封装。PGA的特点：（1）插拔操作更方便，可靠性高；（2）可适应更高的频率。7.4.3PGA的封装技术图7-6PGA封装示意图图7-6PGA封装示意图7.5表面组装元器件的封装技术7.5.1

概述

表面组装元器件(SMC或SMD)是SMT的基础。20世纪50～60年代，出现了厚、薄膜混合集成电路（HIC）的安装。对于一个复杂电子线路，难以制作大面积的平整陶瓷基板，往往采用多块HIC的陶瓷基板安装片式电阻、电感及晶体管、IC芯片，再拼装成大块的基板，这就使HIC的体积、重量、成本、可靠性及生产效率受到很大限制。

20世纪60年代，荷兰菲利普公司研制出纽扣状IC，其引脚分布在封装体的两边并呈海鸥翼状，引脚中心距为1.27mm时可达28～32只引脚，他们采用表面安装方式生产电子表。这种封装结构后来发展成为小外形封装

IC(SOP)。7.5表面组装元器件的封装技术7.5.1

概述7.5.2

主要SMD的封装技术1、

SOP/SOIC封装

SOP即小外形封装，以后逐渐派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。7.5.2

主要SMD的封装技术2.芯片载体封装

芯片载体(chipcarrier)或quad的封装，四边都有管脚，对高引脚数器件来说是较好的选择。如LCC(leadchipcarrier)，LLCC(leadlesschipcarrier)用于区分管脚类型。PLCC(plasticleadedchipcarrier)是最常见的塑料四边封装。2.芯片载体封装3.四侧引脚扁平封装

四侧引脚扁平封装（QFP），或称为四方扁平封装，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼状或J型等。该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。3.四侧引脚扁平封装QFP封装具有以下特点：（1）封装CPU时操作方便，可靠性高；（2）封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；（3）适合用SMT表面组装技术在PCB上安装布线QFP封装具有以下特点：7.6球栅阵列封装技术(BGA)7.6.1

BGA的基本概念、特点和封装类型

BGA封装方式是在管壳底面或上表面焊有许多球状凸点，通过这些焊料凸点实现封装体与基板之间互连的一种先进封装技术。7.6球栅阵列封装技术(BGA)7.6.1

BGA的基BGA封装具有以下特点：

（1）I/O数较多；（2）提高贴装成品率，降低成本；

（3）BGA阵列焊球与基板的接触面大、短，有利于散热；

（4）BGA阵列焊球的引脚很短，缩短了信号的传输路径，减小引线电感、电阻，改善了电路的性能；

（5）明显地改善了I/O端的共面性，极大地减小了组装过程中因共面性差而引起的损耗

；（6）BGA适用于MCM封装，能够实现MCM的高密度、高性能；

（7）BGA和μBGA都比细节距的脚形封装的IC牢固可靠。BGA封装具有以下特点：BGA封装技术又可分为5大类：

（1）PBGA（plasticBGA）基板：一般为2～4层有机材料构成的多层板（Intel系列CPU中，PentiumII，III，IV处理器均采用这种封装形式）（2）CBGA（ceramicBGA）基板：即陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简称FC）的安装方式（Intel系列CPU中，PentiumII，III，IV处理器均采用这种封装形式）；（3）FCBGA（flipchipBGA）基板：硬质多层基板；

（4）TBGA（tapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板；

（5）CDPBGA（caritydownPBGA）基板：指封装中央有方形低陷的芯片区（又称空腔区）。

BGA封装技术又可分为5大类：7.6.2

BGA的封装技术BGA主要结构分为三部分：主体基板、芯片和封装7.6.2

BGA的封装技术BGA主要结构分为三部分：主体7.7芯片尺寸封装技术（CSP）芯片尺寸封装技术CSP(chipsizepackage)，它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒尺寸不超过1.4倍。CSP封装具有以下特点：

（1）组装面积小，约为相同引脚数QFP的1/4；

（2）高度小，可达1mm；

（3）易于贴装，球中心距为0.8mm和1mm时，贴装公差≤±0.3mm；

（4）电性能好、阻抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好；

（5）高导热性。7.7芯片尺寸封装技术（CSP）芯片尺寸封装技术C图7-14CSP与QFP、BGA的外形比较图7-14CSP与QFP、BGA的外形比较CSP封装可分为四类：

（1）LeadFrameType(传统导线架形式)，引线框架式CSP是由日本的Fujitsu公司研制开发的一种芯片上引线的封装形式,因此也被称之为LOC(LeadOnChip)形CSP。通常情况下分为Tape-LOC型和MF-LOC型(Multi-frame-LOC)两种形式,其基本结构如图7-14所示。CSP封装可分为四类：（2）刚性基板封装（RigidSubstrateInterposer）由日本Toshiba公司开发的这类CSP封装,实际上是一种陶瓷基板薄型封装。它主要由芯片、氧化铝基板、铜（Au）凸点和树脂构成。通过倒装焊、树脂填充和打印3个步骤完成。它的封装效率（芯片与基板面积之比）可达到75％，是相同尺寸的

TQFP的2.5倍。（3）柔性基板封装（FlexCircuitInterposer）由美国Tessera公司开发的这类CSP封装的基本结构如图2所示。主要由IC芯片、载带（柔性体）、粘接层、凸点（铜/镍）等构成。载带是用聚酰亚胺和铜箔组成。它的主要特点是结构简单，可靠性高，安装方便，可利用原有的TAB（TapeAutomatedBonding）设备焊接。（2）刚性基板封装（RigidSubstrateInte（4）圆片级CSP封装（Wafer-LevelPackage）由ChipScale公司开发的此类封装。它是在圆片前道工序完成后，直接对圆片利用半导体工艺进行后续组件封装，利用划片槽构造周边互连，再切割分离成单个器件。WLP主要包括两项关键技术即再分布技术和凸焊点制作技术。它有以下特点：①相当于裸片大小的小型组件（在最后工序切割分片）；②以圆片为单位的加工成本（圆片成本率同步成本）；③加工精度高（由于圆片的平坦性、精度的稳定性）。

（4）圆片级CSP封装（Wafer-LevelPackag7.8其它现代微电子封装技术7.8.1

多芯片封装技术

为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题，把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样的电子模块系统，从而出现MCM(multichipmodel，多芯片模块系统)，它是电路组件功能实现系统级的基础。7.8其它现代微电子封装技术7.8.1

多芯片封装技术MCM具有以下特点：（1）封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化；

（2）缩小整机/模块的封装尺寸和重量；

（3）系统可靠性大大提高。

MCM具有以下特点：7.8.2

圆片级封装技术（WaferLevelChipSizePackageTechnology）圆片级封装技术是以圆片为加工对象，直接在圆片上同时对众多芯片进行封装、老化、测试，其封装的全过程都在圆片生产厂内运用芯片的制造设备完成，使芯片的封装、老化、测试完全融合在圆片生产流程之中。封装好的圆片经切割所得到的单个IC芯片，可直接贴装到基板或印制电路板上。7.8.2

圆片级封装技术（WaferLevelCh圆片级封装成本低。第一，它是以批量生产工艺进行制造的；第二，圆片级封装生产设施的费用低，因为它充分利用了圆片的制造设备，无须投资另建封装生产线；第三，圆片级封装的芯片设计和封装设计可以统一考虑、同时进行，这将提高设计效率，减少设计费用；第四，圆片级封装从芯片制造、封装到产品发往用户的整个过程中，中间环节大大减少，周期缩短很多，这必将导致成本的降低。此外，应注意圆片级封装的成本与每个圆片上的芯片数量密切相关。圆片上的芯片数越多，圆片级封装的成本也越低。圆片级封装成本低。第7章现代微电子封装技术介绍课件CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电、数字电视、电子书、无线网络、ADSL／手机芯片、蓝牙（Bluetooth）等新兴产品中。

CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品圆片级封装主要采用薄膜再分布技术、凸点技术等两大基础技术。前者用来把沿芯片周边分布的铝焊区转换为在芯片表面上按平面阵列形式分布的凸点焊区。后者用于在凸点焊区上制作凸点，形成焊球阵列。1.薄膜再分布技术

薄膜再分布技术是指在IC圆片上，将各个芯片按周边分布的I/O铝焊区，通过薄膜工艺的再布线，变换成整个芯片上的阵列分布焊区并形成焊料凸点的技术。圆片级封装主要采用薄膜再分布技术、凸点技术等

薄膜再分布技术的具体工艺过程比较复杂，而且随着IC芯片的不同而有所变化，但一般都包含以下几个基本的工艺步骤：①在IC圆片上涂复金属布线层间介质材料；②沉积金属薄膜并用光刻方法制备金属导线和所连接的凸点焊区。IC芯片周边分布、小至几十微米的铝焊区就转成阵列分布的几百微米大的凸点焊区，且铝焊区和凸点焊区之间有金属导线相连接；③在凸点焊区沉积UBM(凸点下金属层)；④在UBM上制作焊料凸点。

薄膜再分布技术的具体工艺过程比较复杂，而且随2.凸点技术

焊料凸点通常为球形，制备凸点的方法有三种：①应用预制焊球

②丝网印刷

③电化学沉积(电镀)2.凸点技术电镀焊料凸点工艺流程：StartingPoint；Step1:EvaporationofCr+CuUBM(orTi/W+CuorTi+Cu)蒸发Cr+CuUBMStep2:Patterningofthickphotoresist涂光刻胶

Step3:Electroplatingofcubump80-100umphotoresist4-6umcu电镀铜凸点，

80-100um光刻胶,4-6um铜Step4:Electroplatingofsolderbump(Pb/Suorlead-free)电镀焊料凸点Step5:Removalofphotoresist去除光刻胶

Step6:湿化学法刻蚀UBM层Step7:Reflowofsolderbump

焊料凸点回流电镀焊料凸点工艺流程：StartingPoint；第7章现代微电子封装技术介绍课件7.9现代微电子封装技术的现状及发展7.9.1IC、整机、市场对封装技术的推动作用（1）IC发展对电子封装的推动

众所周知，反映IC的发展水平，通常都是以IC的集成度及相应的特征尺寸为依据的。集成度决定着IC的规模，而特征尺寸则标志着工艺水平的高低。自七十年代以来，IC的特征尺寸，几乎每4年缩小一半。(2)电子整机发展对电子封装的驱动电子整机的轻、薄、小型化和便携化，高性能、多功能化、高频高速化，使用方便、便宜且可靠性高等要求，促使微电子封装器件由插装型向表面贴装型发展并继续向薄型、超薄型、微细间距发展。7.9现代微电子封装技术的现状及发展7.9.1IC、（3）市场对电子封装的驱动

由于电子产品更新换代快，市场变化大，新的电子封装产品要尽快投放市场，不但要交货及时还要质量好、品种多、花样新、价格低、服务好等。归结起来就是性能／价格比要高。近30年来，电子封装业从DIP—SOP、QFP—BGA、MCM是电子封装的必然发展之路，而塑封的低成本、广泛的封装适应性及适于大规模自动化生产，再加上低应力、低杂质含量、高粘附强度模塑料的出现等，使其比金属、陶瓷封装具有更高的性能／价格比。所以塑封占整个电子封装的比例高达90％以上就不足为奇了。（3）市场对电子封装的驱动表7-2与IC安装有关技术的发展趋势年份1985199019952000安装形式单面SMTTIH和SMT混装双面SMTSMC、SMD双面SMT、裸片及SMD混装3DIC封装形式SOP、QFPTAB、FCMCM—LMCM—CMCM—DI/O数50、100300、5001000、5000—MPU工作频率(MHz)2550100200有机基板单面PCB、双面PCB多层PCB6-8层PCB埋置C、R、IC陶瓷基板陶瓷、Ag／Pd导体陶瓷(A12O3)、Cu导体SiC、AlN埋置C、R、IC模块表7-2与IC安装有关技术的发展趋势年份19851997.9.2现代微电子封装技术发展的特点①向高密度及高I／O引脚数发展，引脚由四边引出向面阵排列引脚发展；②向表面安装式封装(SMP)发展，以适合表面安装技术(SMT)；③从陶瓷封装向塑料封装发展；

④从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移。7.9.2现代微电子封装技术发展的特点7.9.3现代微电子封装发展趋势

①具有的I/O数将更多；

②应具有更高的电性能和热性能；

③将更轻、更薄、更小；

④将更便于安装、使用、返修；

⑤可靠性会更高；⑥性能价格比会更高、成本却更低、达到物美价廉。7.9.3现代微电子封装发展趋势第7章现代微电子封装技术介绍课件第7章现代微电子封装技术7.1概

述7.2微电子封装的作用7.3现代微电子封装技术的分类7.4插装元器件封装技术7.5表面组装元器件封装技术7.6球栅阵列封装技术（BGA）7.7芯片尺寸封装技术（CSP）7.8其它现代微电子封装技术7.9

微电子封装技术的现状第7章现代微电子封装技术7.1概述7.1现代微电子封装技术概述7.1.1现代微电子封装基本概念

在现代微电子器件制作过程中，有前道工序和后道工序之分，二者以硅圆片切分成芯片为界，在此之前为前道工序，之后为后道工序。

电子封装（packaging）通常是在后道工序中完成的，其定义为：利用膜技术和微连接技术，将微电子器件及其它构成要素在框架或基板上布置、固定及连接、引出接线端子，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。7.1现代微电子封装技术概述7.1.1现代微电子封装基本1958年发明的第一块集成电路，含有2个晶体管和1个电阻，掀开了微电子封装的历史篇章。1958年发明的第一块集成电路，含有2个晶体管和1个电阻，掀7.1.2现代微电子封装技术的发展历程近50年来，封装技术日新月异，先后经历了4次重大发展：20世纪70年代，为适应中、大规模集成电路的迅速发展，发展了双列直插式引线封装技术(DIP)；20世纪80年代，随着SMC/SMD的批量生产，发展了表面组装技术(SMT)；20世纪90年代，随着超大规模集成电路的发展，发展了球栅阵列为代表的封装技术(BGA)；

进入21世纪，随着多芯片组件(MCM)的开发应用，产生了以系统封装(SIP)为代表的最新一代封装形式，把半导体封装技术引人一个全新的时代。7.1.2现代微电子封装技术的发展历程近50年来，微电子封装技术的发展趋势微电子封装技术的发展趋势表7-l半导体微电子封装技术的进展七十年代八十年代九十年代2000年2005年芯片连接WB(丝焊)WBWBFC(倒装焊)FC装配方式DIPSMTBGA-SMTBGA-SMTBGA-SMT无源元件C-分立C-分立C-分立C-分立组合集成基板有机有机有机DCA基板SLIM封装层次333ll元件类型数5-105-105-105-101硅效率％(芯片占基板)面积比271025>75表7-l半导体微电子封装技术的进展七十年代八十年代九十7.2现代微电子封装的作用7.2.1微电子封装技术的重要性

封装的IC有诸多好处，如可对脆弱敏感的IC芯片加以保护，易于进行测试，易于传送，易于返工及返修，引脚便于实行标准化进而适于装配，还可改善IC的热失配，等。

随着整机和系统的小型化、高性能、高密度和高可靠性要求，电子封装对系统的影响已变得和芯片一样重要。封装成本在器件总成本中所占的比重也越来越高，并有继续发展的趋势。7.2现代微电子封装的作用7.2.1微电子封装技术的重要性7.2.2封装的功能

微电子封装通常有5种功能：电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和保护作用。（1）电源分配

电子封装首先要能接通电源，使芯片与电路流通电流。其次，电子封装的不同部位所需的电源有所不同，要能将不同部位的电源分配恰当以减少电源的不必要损耗，这在多层布线基板上更为重要。同时还要考虑接地线分配问题。7.2.2封装的功能（2）信号分配为使电信号延迟尽可能减小，在布线时应尽可能使信号线与芯片的互连路径及通过封装的I/O引出的路径达到最短，对于高频信号还应考虑信号间的串扰以进行合理的信号分配布线。（3）散热通道各种电子封装都要考虑器件、部件长期工作时如何将聚集的热量散出问题。不同的封装结构和材料具有不同的散热效果，对于功耗大的电子封装还应考虑附加热沉或使用强制风冷、水冷方式，以达到在使用温度要求的范围内系统能正常工作。（2）信号分配(4)机械支撑电子封装可为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑，还能在各种工作环境和条件变化时与之相匹配。(5)保护作用半导体芯片制造出来，在没有将其封装之前，始终都处于周围环境的威胁之中。在使用中，有的环境条件极为恶劣，更需要对芯片严加保护。完成电子封装以后，提供了对芯片的保护，这对芯片来说显得尤为重要。(4)机械支撑7.3现代微电子封装技术的分类7.3.1封装分级7.3现代微电子封装技术的分类7.3.1封装分级7.3.2封装分类

按安装到PCB上的方式分为通孔插装和表面组装两大类型7.3.2封装分类7.4插装元器件的封装技术7.4.1概述

插装元器件按外形结构分类，有圆柱形外壳封装(TO)、矩形单列直插式引线封装(SIP)、双列直插式引线封装(DIP)和阵列网格引脚封装(PGA)等。这些封装的外形不断缩小，又形成各种小外形封装。插装元器件按材料分类，有金属封装、陶瓷封装和塑料封装等。各类插装元器件封装的引脚中心距多为2.54mm，DIP已形成4～64个引脚的系列化产品。PGA能适应LSI芯片封装的要求，I/O数列达数百个。7.4插装元器件的封装技术7.4.1概述7.4.2SIP和DIP的封装技术

单列直插式封装（SIP），其引脚数为2～23个，引脚从一个侧面引出，排列成一条直线。其中锯齿型单列直插式封装(ZIP)的管脚排列成锯齿型，可提高管脚密度。双列直插式封装（DIP），其引脚数一般不超过100个，引脚从一个侧面引出，并排列成两条直线。

SIP、DIP引脚需要插入PCB的通孔内进行钎焊，其钎焊方法见第3章。当装配到PCB上时呈侧立状，故其所占的空间相对较大。7.4.2SIP和DIP的封装技术DIP封装的8086处理器DIP封装的主板BIOS芯片DIP封装的8086处理器DIP封装的主板BIOS芯片7.4.3PGA的封装技术阵列网格引脚封装（PGA），在其底面的垂直引脚呈阵列状排列，既可采用通孔插装，也可采用表面贴装。通孔插装型PGA引脚长3～4mm，表面贴装型PGA引脚长1.5～2mm。PGA基板多数是陶瓷，少数为环氧树脂或塑料基板。通常，引脚中心距为2.54mm，引脚数64～447。还有一种引脚中心距为1.27mm的短引脚表面贴装型PGA，采用碰焊方法进行封装。PGA的特点：（1）插拔操作更方便，可靠性高；（2）可适应更高的频率。7.4.3PGA的封装技术图7-6PGA封装示意图图7-6PGA封装示意图7.5表面组装元器件的封装技术7.5.1

概述

表面组装元器件(SMC或SMD)是SMT的基础。20世纪50～60年代，出现了厚、薄膜混合集成电路（HIC）的安装。对于一个复杂电子线路，难以制作大面积的平整陶瓷基板，往往采用多块HIC的陶瓷基板安装片式电阻、电感及晶体管、IC芯片，再拼装成大块的基板，这就使HIC的体积、重量、成本、可靠性及生产效率受到很大限制。

20世纪60年代，荷兰菲利普公司研制出纽扣状IC，其引脚分布在封装体的两边并呈海鸥翼状，引脚中心距为1.27mm时可达28～32只引脚，他们采用表面安装方式生产电子表。这种封装结构后来发展成为小外形封装

IC(SOP)。7.5表面组装元器件的封装技术7.5.1

概述7.5.2

主要SMD的封装技术1、

SOP/SOIC封装

SOP即小外形封装，以后逐渐派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。7.5.2

主要SMD的封装技术2.芯片载体封装

芯片载体(chipcarrier)或quad的封装，四边都有管脚，对高引脚数器件来说是较好的选择。如LCC(leadchipcarrier)，LLCC(leadlesschipcarrier)用于区分管脚类型。PLCC(plasticleadedchipcarrier)是最常见的塑料四边封装。2.芯片载体封装3.四侧引脚扁平封装

四侧引脚扁平封装（QFP），或称为四方扁平封装，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼状或J型等。该技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。3.四侧引脚扁平封装QFP封装具有以下特点：（1）封装CPU时操作方便，可靠性高；（2）封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；（3）适合用SMT表面组装技术在PCB上安装布线QFP封装具有以下特点：7.6球栅阵列封装技术(BGA)7.6.1

BGA的基本概念、特点和封装类型

BGA封装方式是在管壳底面或上表面焊有许多球状凸点，通过这些焊料凸点实现封装体与基板之间互连的一种先进封装技术。7.6球栅阵列封装技术(BGA)7.6.1

BGA的基BGA封装具有以下特点：

（1）I/O数较多；（2）提高贴装成品率，降低成本；

（3）BGA阵列焊球与基板的接触面大、短，有利于散热；

（4）BGA阵列焊球的引脚很短，缩短了信号的传输路径，减小引线电感、电阻，改善了电路的性能；

（5）明显地改善了I/O端的共面性，极大地减小了组装过程中因共面性差而引起的损耗

；（6）BGA适用于MCM封装，能够实现MCM的高密度、高性能；

（7）BGA和μBGA都比细节距的脚形封装的IC牢固可靠。BGA封装具有以下特点：BGA封装技术又可分为5大类：

（1）PBGA（plasticBGA）基板：一般为2～4层有机材料构成的多层板（Intel系列CPU中，PentiumII，III，IV处理器均采用这种封装形式）（2）CBGA（ceramicBGA）基板：即陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简称FC）的安装方式（Intel系列CPU中，PentiumII，III，IV处理器均采用这种封装形式）；（3）FCBGA（flipchipBGA）基板：硬质多层基板；

（4）TBGA（tapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板；

（5）CDPBGA（caritydownPBGA）基板：指封装中央有方形低陷的芯片区（又称空腔区）。

BGA封装技术又可分为5大类：7.6.2

BGA的封装技术BGA主要结构分为三部分：主体基板、芯片和封装7.6.2

BGA的封装技术BGA主要结构分为三部分：主体7.7芯片尺寸封装技术（CSP）芯片尺寸封装技术CSP(chipsizepackage)，它减小了芯片封装外形的尺寸，做到裸芯片尺寸有多大，封装尺寸就有多大。封装后的IC尺寸边长不大于芯片的1.2倍，IC面积只比晶粒尺寸不超过1.4倍。CSP封装具有以下特点：

（1）组装面积小，约为相同引脚数QFP的1/4；

（2）高度小，可达1mm；

（3）易于贴装，球中心距为0.8mm和1mm时，贴装公差≤±0.3mm；

（4）电性能好、阻抗低、干扰小、噪声低、屏蔽效果好；

（5）高导热性。7.7芯片尺寸封装技术（CSP）芯片尺寸封装技术C图7-14CSP与QFP、BGA的外形比较图7-14CSP与QFP、BGA的外形比较CSP封装可分为四类：

（1）LeadFrameType(传统导线架形式)，引线框架式CSP是由日本的Fujitsu公司研制开发的一种芯片上引线的封装形式,因此也被称之为LOC(LeadOnChip)形CSP。通常情况下分为Tape-LOC型和MF-LOC型(Multi-frame-LOC)两种形式,其基本结构如图7-14所示。CSP封装可分为四类：（2）刚性基板封装（RigidSubstrateInterposer）由日本Toshiba公司开发的这类CSP封装,实际上是一种陶瓷基板薄型封装。它主要由芯片、氧化铝基板、铜（Au）凸点和树脂构成。通过倒装焊、树脂填充和打印3个步骤完成。它的封装效率（芯片与基板面积之比）可达到75％，是相同尺寸的

TQFP的2.5倍。（3）柔性基板封装（FlexCircuitInterposer）由美国Tessera公司开发的这类CSP封装的基本结构如图2所示。主要由IC芯片、载带（柔性体）、粘接层、凸点（铜/镍）等构成。载带是用聚酰亚胺和铜箔组成。它的主要特点是结构简单，可靠性高，安装方便，可利用原有的TAB（TapeAutomatedBonding）设备焊接。（2）刚性基板封装（RigidSubstrateInte（4）圆片级CSP封装（Wafer-LevelPackage）由ChipScale公司开发的此类封装。它是在圆片前道工序完成后，直接对圆片利用半导体工艺进行后续组件封装，利用划片槽构造周边互连，再切割分离成单个器件。WLP主要包括两项关键技术即再分布技术和凸焊点制作技术。它有以下特点：①相当于裸片大小的小型组件（在最后工序切割分片）；②以圆片为单位的加工成本（圆片成本率同步成本）；③加工精度高（由于圆片的平坦性、精度的稳定性）。

（4）圆片级CSP封装（Wafer-LevelPackag7.8其它现代微电子封装技术7.8.1

多芯片封装技术

为解决单一芯片集成度低和功能不够完善的问题，把多个高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多层互联基板上用SMD技术组成多种多样的电子模块系统，从而出现MCM(multichipmodel，多芯片模块系统)，它是电路组件功能实现系统级的基础。7.8其它现代微电子封装技术7.8.1

多芯片封装技术MCM具有以下特点：（1）封装延迟时间缩小，易于实现模块高速化；

（2）缩小整机/模块的封装尺寸和重量；

（3）系统可靠性大大提高。

MCM具有以下特点：7.8.2

圆片级封装技术（WaferLevelChipSizePackageTechnology）圆片级封装技术是以圆片为加工对象，直接在圆片上同时对众多芯片进行封装、老化、测试，其封装的全过程都在圆片生产厂内运用芯片的制造设备完成，使芯片的封装、老化、测试完全融合在圆片生产流程之中。封装好的圆片经切割所得到的单个IC芯片，可直接贴装到基板或印制电路板上。7.8.2

圆片级封装技术（WaferLevelCh圆片级封装成本低。第一，它是以批量生产工艺进行制造的；第二，圆片级封装生产设施的费用低，因为它充分利用了圆片的制造设备，无须投资另建封装生产线；第三，圆片级封装的芯片设计和封装设计可以统一考虑、同时进行，这将提高设计效率，减少设计费用；第四，圆片级封装从芯片制造、封装到产品发往用户的整个过程中，中间环节大大减少，周期缩短很多，这必将导致成本的降低。此外，应注意圆片级封装的成本与每个圆片上的芯片数量密切相关。圆片上的芯片数越多，圆片级封装的成本也越低。圆片级封装成本低。第7章现代微电子封装技术介绍课件CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品。未来则将大量应用在信息家电、数字电视、电子书、无线网络、ADSL／手机芯片、蓝牙（Bluetooth）等新兴产品中。

CSP封装适用于脚数少的IC，如内存条和便携电子产品圆片级封装主要采用薄膜再分布技术、凸点技术等两大基础技术。前者用来把沿芯片周边分布的铝焊区转换为在芯片表面上按平面阵列形式分布的凸点焊区。后者用于在凸点焊区上制作凸点，形成焊球阵列。1.薄膜再分布技术

薄膜再分布技术是指在IC圆片上，将各个芯片按周边分布的I/O铝焊区，通过薄膜工艺的再布线，变换成整个芯片上的阵列分布焊区并形成焊料凸点的技术。圆片级封装主要采用薄膜再分布技术、凸点技术等

薄膜再分布技术的具体工艺过程比较复杂，而且随着IC芯片的不同而有所变化，但一般都包含以下几个基本的工艺步骤：①在IC圆片上涂复金属布线层间介质材料；②沉积金属薄膜并用光刻方法制备金属导线和所连接的凸点焊区。IC芯片周边分布、小至几十微米的铝焊区就转成阵列分布的几百微米大的凸点焊区，且铝焊区和凸点焊区之间有金属导线相连接；③在凸点焊区沉积UBM(